¿Cuánta energía usan los centros de datos?

Los centros de datos pueden considerarse los "cerebros" de Internet. Su función es procesar, almacenar y comunicar los datos detrás de los innumerables servicios de información en los que confiamos todos los días, ya sea en transmisión de video, correo electrónico, redes sociales, colaboración en línea o computación científica.

Los centros de datos utilizan diferentes dispositivos de tecnología de la información (TI) para proporcionar estos servicios, todos los cuales funcionan con electricidad. Los servidores proporcionan cálculos y lógica en respuesta a las solicitudes de información, mientras que las unidades de almacenamiento albergan los archivos y los datos necesarios para satisfacer esas solicitudes. Los dispositivos de red conectan el centro de datos a Internet, lo que permite los flujos de datos entrantes y salientes. La electricidad utilizada por estos dispositivos de TI se convierte en última instancia en calor, que debe eliminarse del centro de datos mediante equipos de refrigeración que también funcionan con electricidad.

En promedio, los servidores y los sistemas de refrigeración representan la mayor proporción del uso directo de electricidad en los centros de datos, seguidos de las unidades de almacenamiento y los dispositivos de red (consulte la figura 1). Algunos de los centros de datos más grandes del mundo pueden contener cada uno varias decenas de miles de dispositivos de TI y requieren más de 100 megavatios (MW) de capacidad de energía, suficiente para abastecer a alrededor de 80,000 hogares de EE. UU. (DOE de EE. UU. 2020).

A medida que ha aumentado el número de usuarios de Internet en todo el mundo, también lo ha hecho la demanda de servicios de centros de datos, lo que genera preocupaciones sobre el uso creciente de energía en los centros de datos. Entre 2010 y 2018, el tráfico IP global (la cantidad de datos que atraviesan Internet) aumentó más de diez veces, mientras que la capacidad de almacenamiento del centro de datos global aumentó en un factor de 25 en paralelo (Masanet et al. 2020). Durante el mismo período de tiempo, la cantidad de instancias informáticas que se ejecutan en los servidores del mundo, una medida del total de aplicaciones alojadas, se multiplicó por más de seis (consulte la Figura 3).

Se espera que estas fuertes tendencias de crecimiento continúen a medida que el mundo consume cada vez más datos. Y las nuevas formas de servicios de información como la inteligencia artificial (IA), que son especialmente intensivas en computación, pueden acelerar aún más el crecimiento de la demanda. Por lo tanto, la capacidad de cuantificar y proyectar el uso de energía del centro de datos es una prioridad clave de la política energética y climática.

Estimaciones del uso de energía del centro de datos: una historia de dos métodos

Actualmente no se compilan estadísticas oficiales sobre el uso de energía de los centros de datos a nivel nacional o mundial. Por lo tanto, se deben utilizar modelos matemáticos para estimar este uso de energía. Los llamados modelos "bottom-up" tienen en cuenta las existencias instaladas de dispositivos de TI en diferentes centros de datos y sus características de uso de energía para llegar a una estimación del uso total de energía. Si bien los estudios de abajo hacia arriba ofrecen muchos conocimientos sobre los impulsores del uso de energía, también requieren mucha información y tiempo; por lo tanto, no aparecen con frecuencia. Por ejemplo, el estudio de abajo hacia arriba más autorizado en la última década apareció en 2011 (Koomey 2011), y estimó que los centros de datos representaron entre el 1,1 por ciento y el 1,5 por ciento del uso global de electricidad en 2010.

¿Qué pasa con las emisiones de CO2?

El uso sustancial de electricidad de los centros de datos también genera preocupaciones sobre sus emisiones de dióxido de carbono (CO2). Desafortunadamente, todavía no es posible estimar con precisión las emisiones totales de CO2 debido a la falta de datos sobre la ubicación de la gran mayoría de los centros de datos globales y las intensidades de las emisiones (medidas en gramos de CO2 por kilovatio-hora) de sus fuentes de electricidad reales. . Solo un puñado de empresas, incluidas Google, Apple, Switch y Facebook, informan públicamente sobre estos datos, lo que indica una tendencia creciente entre algunos de los operadores de centros de datos más grandes del mundo hacia la adquisición de energía renovable.

El uso sustancial de electricidad de los centros de datos también genera preocupaciones sobre sus emisiones de dióxido de carbono (CO2). Desafortunadamente, todavía no es posible estimar con precisión las emisiones totales de CO2 debido a la falta de datos sobre la ubicación de la gran mayoría de los centros de datos globales y las intensidades de las emisiones (medidas en gramos de CO2 por kilovatio-hora) de sus fuentes de electricidad reales. . Solo un puñado de empresas, incluidas Google, Apple, Switch y Facebook, informan públicamente sobre estos datos, lo que indica una tendencia creciente entre algunos de los operadores de centros de datos más grandes del mundo hacia la adquisición de energía renovable.

Otra afirmación reciente es que "las emisiones generadas al ver 30 minutos de Netflix (1,6 kg de CO2) es lo mismo que conducir casi cuatro millas". Esta afirmación está respaldada por suposiciones de que los centros de datos que brindan servicios de transmisión de Netflix consumirían alrededor de 370 TWh por año (Kamiya 2020). Sin embargo, este valor es 1.8 veces mayor que los 205 TWh estimados para todos los centros de datos del mundo combinados, que brindan a la sociedad una miríada de otros servicios de información más allá de la transmisión de videos de Netflix.

El camino a seguir

Se requieren mejores capacidades de modelado para que los tomadores de decisiones evalúen con confianza la eficiencia futura y las opciones de mitigación, por lo que el desarrollo de métodos más sólidos y predictivos que aumenten la frecuencia de los conocimientos de abajo hacia arriba y superen las limitaciones de los pronósticos basados ​​en la extrapolación son una prioridad clave para el análisis energético. comunidad.

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